JPS5933746A - 高圧放電灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高圧放電灯、特に小形で再始動特性が改善され
、白熱電球に代替できる高圧放電灯に関するものである
。

従来１１０００Ｊから２０００１ｔ＋ｔ　という低光束
の屋内用、特に店舗・家庭用の光源として、白熱電球と
ケイ光ランプが主に用いられている。ところが、前者は
効率が低くて寿命が短かく、後者は形状が大きく、コン
パクト化がむずかしいという欠点をもっていた。このた
め、コンパクトでかつ高効率の高圧放電灯を上記の用途
に用いることが考えられる。

この高圧放電灯について高圧水銀ランプを例に説明する
。

第１図は従来の高圧水銀ランプの構造を示している。（
１）は石英ガラス製の発光管で一対の主電極（ｚａ）　
（２１））と主電極（２ａ）の近傍にある補助電極（３
）とを備え９発光金属として水銀、始動用希カスとして
アルゴンをそれぞれ適量封入しである。主電極（２ａ）
は、モリブデン箔（４ａ）−リード（５ａ）−ステム（
６）に固定されたステムリード（７ａ）を通って９０金
（８）の一方の端子と接続され、主電極（２ｂ）はモリ
ブデン箔（４ｂ）〜リード（５ｂ）−支持ワク（９）−
ステムリード（７ｂ）を通って口金（８）の他方の端子
と接続されており０口金（８）は安定器を介して電源に
接続されるので９結局両主電極（２−）　（２ｂ）は安
定器を介して電源に接続される。また補助電極（３）は
モリブデン箔翰−リードαｎ−抵抗体ｔＩ’ｉｒを介し
て、支持ワク（９）に接続されており、結局、補助電極
（３）は抵抗体α２を介して、主電極（２ｂ）と電気的
に接続されている。

なおこの抵抗体ａ’ｔの抵抗値は０．ＩＫΩから１００
にΩである。Ｑｍは外管であり１発光管（１）を囲み、
ステム（６）と口金（８）とに固定されており、その内
表面にはケイ光体が塗付され、また、不活性ガス、たと
えば窒素が封入されている。

このランプは次のように動作する。安定器を介して電圧
が印加されると、まず補助電極（３）と主電極（２ａ）
との間で補助放電が開始する。補助放電により多量の荷
電粒子が作られ、それによって主電極（ｚａ）　（２ｂ
）間の放電開始電圧が低下し、印加電圧以下になって主
放電が開始する。この主放電の熱によって発光管（１１
が加熱され、やがて発光管（１）内の水銀が全部蒸発す
る。この水銀が放電空間内で励起され、可視光と紫外線
を放射し、紫外線は外管内表面のケイ光体を励起して可
視光を発生させ。

結局、これらの可視光が照明に利用される。

このような高圧水銀ランプを白熱電球の代わりに用いよ
うとすると９口金部分に安定器を内蔵させれば良い。と
ころが、白熱電球の代わりに、高圧水銀ランプを使おう
とするときのひとつの問題点は高圧水銀ランプでは点灯
後、一度消灯すると。

すぐに電圧を印加しても放電開始せず、再びランプが点
灯するまでに時間がかかる点である。ランプ消灯後の主
電極（２ａ）（２ｂ）間の放電開始電圧の最大値は上記
のランプの例では約４００ＱＶであり。

この例のように電源電圧である２００ＶＬか印加しない
場合、再び放電開始（再始動という）するまでに約４分
間を必要とし、この間照明されないという欠点があった
。また、すぐに再始動させるために、４０００７以上の
高電圧を発生する回路を安定器に伺加させる方法もある
が、高電圧発生回路が高価であること、安定器などがそ
の高電圧のため絶縁破壊を起し、使用不能になるなどの
欠点があった。

本発明はこのような欠点に鑑みてなされたもので。

二Ｅく１１ 団〈３ Ｍ：水銀の封入量（■）、　Ｖ−発光管の内容積（ｃｃ
）、　　Ｄ　：発光管の内径（ｃｌｒＬ）、Ｌ：放電電
極の電極間距離（ｃＩｒＬ） という条件を満すことによって。低い電圧によっていつ
でも再始動し、しかも安価な高圧放電灯装置を提供する
ことを目的とするものである。

本発明を、一実施例の断面図である第２図を使って説明
する。発光管（１）の両端には放電電極である主電極（
２１Ｌ）　（２１））が設けられているが、主電極（２
ａ）の近傍にタングステン線よりなるフィラメントＩが
設けられ。その一端は主電極（２ａ）に接続されている
モリブデン箔（４ａ）に接続され、主電極（２ａ）と電
気的に接続されている。主電極（２ａ）はモリブデン箔
（４ａ）−リード（５ａ）−ステムリード（７ａ）−リ
ード（ｙｓａ）−チョークコイル形安定器αｅ−リード
面を経て口金（８）の一方の端子に接続されている。一
方主電極（２ｂ）はモリブデン箔（４ｂ）−リード（５
ｂ）−支持ワク（９）−ステムリード（７ｂ）−リード
翰を経て９口金（８）の他方の端子に接続されている。

またフィラメントｏ４はモリブデン箔（４ａ）を介して
主電極（２ａ）と接続されるとともに他端はモリブデン
箔αｌ−リード翰−ステムリードＣ２１１を経て、始動
電圧発生手段である点灯管（支）の一方の端子に接続さ
れ１点灯管＠の他方の端子は、さらにステムリード（７
ｂ）に接続されており、結局、主電極（２ｂ）に接続さ
れている。点灯管（２）は常開のバイメタルスイッチを
、適量の希ガスを封入したガラス管内に設置して９バイ
メタル間のグロー放電の熱によって、バイメタルスイッ
チが閉じ、その後、冷えて開くときに電流をしゃ断して
９誘導素子である安定器ａＳにサージを誘起する通常の
グロースタータ式のものである。（ハ）は径０．１φの
モリブデン線からなる始動補助体で発光管（１１外壁に
密着して巻き支持ワク（９）に固定されている。なお、
（６）はステムで、ステムリード（７ａ）　（７ｂ）　
ａｌｌが３本封止してあり。

このステム（６）は外管α３に封止してあって、内部を
不活性ガスふん囲気に保っている。また、（２３は安定
器ケースで円筒状の側面を持つステンレス製で。

一方の端面の内側に安定器αｅを固定し、上記端面に外
方に突出した口金（８）を固定しており、他方の開口面
はステム（ハ）に一体に接着されている。また外管αｊ
の内面にはケイ光体が塗布されている。（２）は反射板
で、光あるいは紫外線を有効に前方に照射するとともに
安定器０υや点灯管■を赤外線から遮蔽するように設け
である。

また、この例では発光管（ｌｌ内径０．６φ、主電極（
２ａ）　（ｚｂ）間距離’ｔ６６ＩｒＬ内８９０．５７
　ｃ　ｃ水銀封入量２．３■であり、アルゴンが２５ｔ
ｏｒｒ封入されておりＭＬ／Ｖ＝６．５であった。

この高圧放電灯は次のように動作する。（Ｉ）始動：口
金（８）に直接電源が接続されるとまず１点灯管＠がグ
ロー放電を開始し点灯管＠、フィラメントα船船足定器
Ｇを通じて電流が流れる。点灯管（ハ）のバイメタルス
イッチが閉じてフィラメント（１４１が加熱された後、
バイメタルスイッチが開いて電流をしゃ断して始動ピー
ク電圧であるサージ電圧が発生し９両主電極（２ａ）　
（ｚｂ）間にこの電圧が印加されて放電が開始し、始動
が完了する。（ｎ）点灯中：従来例と同様、水銀はすべ
【蒸発し、水銀の発光などが照明に利用される。（ロ）
再始動：消灯直後、電源に接続されると、始動時と同様
に点灯管＠、フィラメン）０４１．安定器ａＳを通じて
電流が流れてフイラメン）０４１は予熱されて赤熱し、
主電極（ｚａ）　（２ｂ）間の放電開始電圧を低下させ
、さらに、始動補助体（至）が部分的に電界を強くする
ので、放電開始電圧はｉ、５ＫＶ以下まで低下する。そ
の後９点灯管（２）が動作し、１．５〜２［Ｖ程度のサ
ージ電圧が発生して予熱始動し９両主電極（２ａ）　（
２ｂ）間で放電が開始する。

このように確実な再始動を可能にするため、まず、高電
圧発生源として、比較的高温（約１００℃）に耐え９発
生電圧の制御が比較的簡単なグロースタータ式の点灯管
（２）の使用を検討した。点灯管＠はその封入ガス圧力
を変えることにより発生電圧を自由に変えられ、特に２
ＫＶ　　以下に調整した場合、その発生電圧のバラツキ
を非常に小さく抑えられるということがわかった。一方
ｚ５ｘｖ以上の高電圧が安定器０υに印加されると、安
定器αｅが絶縁破壊を起す場合がある。しかし、この発
生電圧が２ｘｖ　以下になるように調整した点灯管（ハ
）を接続して動作させても安定器ａＳが絶縁破壊を起し
たことはなかった。このことから９発生電圧を２ＫＶ以
下になるよう調整した点灯管（２）を使用した。

次に９発光管Ｑ２の放電開始電圧を２Ｋｖ以下まで低下
させるためにフィラメントα４と始動補助体（至）を設
け、さらに水銀封入量と発光管（１）の寸法を検討した
。このため、フィラメントα（転）を具備し９表に示す
寸法の種々な発光管＋１１を作った。この発光管（１１
に水銀を３０■、　アルゴンを２Ｑｔｏｒｒ導入した後
、封止し、始動補助体−を発光管（１）外壁に巻き付け
た。このランプを電気炉に入れ、温度を適当に変えるこ
とにより、蒸発水銀密度は炉の温度から容易に求められ
る。このようにして、フィラメントα４に通電し、蒸発
水銀密度を変えながら放電開始電圧を測定したところ次
のようなことが判明した。

（１１） ｉｌｌ　　放電開始電圧は蒸発水銀密度と電極（２ａ）
（２ｂ）間距離の積によってほぼ決まる。

（２）蒸発水銀密度と電極（２ａ）　（ｚｂ）間距離の
積が１１（ｃＩｒＬ−■／ＣＣ）以下ならピーク値２Ｋ
ｖ以下で放電開始する。

次に実際のランプでは１点灯中、水銀密度分布すなわち
温度分布が一様ではなく、消灯後、熱伝達によって、一
様化するが、完全には一様にならないので実際のランプ
により１次のようにして上記の実験を確認した。

表に示す寸法の発光管（１）を作り、水銀が全部蒸発し
５た場合の水銀密度と電極（２ａ）　（ｚｂ）間距離の
積が１冨（ｃＩＩＬ−タ／ＣＣ）と々る分量だけ水銀を
封入し、始動補助体（イ）を増り付けた後、外管面内に
マウントし、ランプにした。このランプを点灯した後、
消灯してフイラメン）Ｑ４１に通電後、２ＫＶ印加し、
たところ常に放電開始した。また水銀密度がこれら試作
ランプより小さいと当然、放電開始電圧は低い。さらに
このような小形の高圧放電灯においては点灯中の電流が
小さいため、もし水銀が全（１２） 部蒸発しないほど多量に入れておくと、なんらかの原因
で未蒸発水銀の温度が上昇した場合、非常に立消えしや
すい。すなわち９点灯中食部の水銀が蒸発している必要
がある。これらのことから水銀の封入量Ｍ（１印ｇ）を
発光管１１）の内容積Ｖ（ｃｃ）で割ったものと主電極
（２ａ）　（２ｂ）間距離］−＋　（ｃｇＬ）の積が１
１以下すなわち。

Ｌ ７く１１ なら、消灯後、常に放電開始することがわかった。

次に上記の試作ランプをほぼ２ＫＶのサージ電圧のでる
点灯管（２）とフィラメントα楊を直列に接続し。

両生電極（ｚａ）　（２１））に電気的に接続するよう
にして。

消灯後、実際に再始動するかどうかを調べたところ、す
べて放電開始した。しかし、ランプによっては、放電開
始後、放電が持続せず消えてしまった場合もあった。こ
のような現象が起ったランプを表の右端の欄に、Ｘ印で
示し起らなかったランプな０印で示した。この表から Ｈ＜３ の場合は立消えはまったく起らなかった。この現象は、
電極（ｚａ）　（ｚｂ）間距離に比べ内径が小さいと荷
電粒子や熱のロスが大きくなって放電が維持できガくな
るものと想像される。丁〈３の条件を満すランプについ
て、消灯後、！１秒から４分の間で点灯管口な用いて予
熱始動するかどうかを調べたが、すべていつでも再始動
した。これらのランプは消灯直後は水銀密度が高いがや
がて水銀が凝結して密度が小さくなってゆく。従って水
銀封入量がより小さい、すなわちＭＬ／’Ｖ　のより小
さい場合のランプの再始動の状態と同じ条件になってい
るはずであるから、ここでは試作しなかったＭＬ／Ｖ（
１１のランプについてもこのような放電が維持できない
ようなことは起らず、再始動するのは明らかである。こ
のように、フィラメントａ−と点灯管（２）とを使用し
た場合９次の条件を満すようＫすれば、安定器αｅの絶
縁にも問題なく再始動することがわかった。

ＭＬ／Ｖ＜１１．　　１／Ｄ＜３ 前記、実施例の詳細を次に記す。フィラメントα楊は０
．０８φのタングステン線をコイル状に巻いたもので予
熱時は１６００℃から２０００℃であった。外管（３）
内には窒素が５　Ｑ　Ｑ　ｔｏｒｒ封入されている。ま
た点灯管（２）は２枚のバイメタル板の先端に酸化トリ
ウムを含むタングステン棒を溶接し、接点としたもので
、アルゴンが封入されている。電源は１００Ｖ全電力消
費は４０Ｗ、でおった。

他の実施例としては２発光管（１）の内径（１８６ｍ　
ｍ電極（２＆）　（２１））間距離１−４ａｎ＊　　内
容積θ、９７００．水銀封入量６＋１９．　ＭＬ／Ｖ＝
８．５　、　　Ｔ、／Ｄ＝＝１．７５とし。

点灯時の電流を８．８人　として消灯後の時間を変化さ
せ再始動試験をおこなったが、何れの場合も支障なく点
灯した。

また第３の実施例としては発光管（１）の内径０．１σ
電極（２ａ）　（２’ｂ）間距離１．６ｃＲ＋内容積ｏ
、ａｏｃａ、水銀封入量Ｌ５’Ｎｉ、ＭＬ／Ｖ＝Ｔ、　
　Ｉ、／Ｄ＝２．２９とし。

点灯管（社）、フィラメント０ンは上記の実施例と同様
のもので、電源は１００Ｖ、全電力消費は３５Ｗ９点灯
時の電流は０．６５Ａ　　として再始動試験をおこなっ
たが問題なく点灯した。

（１５） これらの実施例においては、　　０．１ｍｉφのモリブ
デン線を発光管ｆｉｌに巻きつけた始動補助体（ハ）を
用いたが、この仕様にとどまらず、たとえばまっすぐな
金属棒を発光管（１）外壁に接して設けたり、導電性の
物質を外壁に付着させたりさらに電界を強めるために外
壁上の主電極（２ａ）　（２ｂ）又はフィラメント住４
に最も近接した部分に存在するようにし℃も良い。

またこのような実施例にかかわらず、たとえば点灯管−
と並列にコンデンサーや抵抗を接続したり、直列にイン
ピーダンス素子を接続してもよいし、フィラメントαの
を２コ発光管（りの両端に設けて、２コのフイラメン）
ｆ１４１の間に点灯管（２）を接続するようにしてもよ
く、要するに１点灯ｖにとフィラメントα４とが直列に
接続されてさえいればよい。

フィラメントα４は実施例ではタングステン線のコイル
を用いたがこれも赤熱して熱電子を多量に放出すれはよ
く、たとえば酸化トリウムを含むタングステン線を用い
たり、酸化バリウムなどの陰（１６） 他物質を付着させても良い。またフィラメントと主電極
を兼ねても良い。

発光管（１１の端部には水銀を完全に蒸発させるための
保温膜として、酸化ジルコニウムを付着させたり、白金
膜をつけたり、金属のキャップを取りつけたりすること
も発光管形状１寸法によっては効果がある。

発光管（１）内の封入ガスも実施例のものにとどまらず
希ガスあるいは希ガスの混合ガスならよく。

また、封入物も水銀以外の物質例えば金属よう化物等が
封入されても良い。

また、全体の配置も実施例によらず、たとえば。

安定器ケース（至）と外管ａ３とに着脱自在の電気的接
続部を設けると、ランプのみが交換できる。また点灯管
臼な外管０３内に設けても良い。更に安定器αｍや点灯
管−はランプと別置しても同様な効果が得られる。また
始動電圧発生手段はグロースタータ式のものに限らず、
サーマルスタータ式のものや半導体スタータ式のもの等
でも同様の効果が得られる。

（１７）　　　　　　　　　　　　　。、、。

また外管αｊ内には窒素を封入したが、これは希ガスを
混合したり、あるいは真空にしても効果に変わりはない
。

本発明は以上説明したとうり。始動補助体を暮し、少く
とも再始期時には予熱始動をおこなう高圧放電灯装置に
おいて、その高圧放電灯は水銀の封入量をＭ　（１ｎ９
）　、　　発光管の内容積なＶ（ｃｃ）。

発光管の内径をＤ　（ｃｍ）　、　　放電電極の電極間
距離をＬ　（ｃｎ）　　とするとＩ、Ｍ／Ｖ（ｉｔ、　
　Ｌ／Ｄ（３なる関係を満すようにすることによって、
消灯後。

いつでも丼始動できる。安価な高圧放電灯装置が得られ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高圧放電灯の一例を示す断面図。 第２図は本発明の一実施例を示す断面図である。 図において（１１は発光管、　　（２ａ）（２ｂ）は放
電電極。 （８）は口金、（１３は外管、αａはフィラメント、α
υは安定器、□□□は始動電圧発生手段、儲は安定器ケ
ース。 （ハ）は始動補助体である。 なお各図中同一符号は同一゛または相当部分を示、　　
　　　　　　　　　　　　（１１１）す。 （１ｓ） 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１１　　水銀を封入し、一対の放電電極を有する発光
   管、この発光管外部に設けた導電体よりなる始動補助体
   、及び安定器を構成する誘導素子により電源電圧ピーク
   値より高い始動ピーク電圧を発生する始動電圧発生手段
   を備え、少くとも再始動時には予熱始動をおこなうもの
   において、上記水銀の封入量をＭ　（Ｉｎ９）　、上記
   発光管の内容積なＶ　（ａｃ）。 上記発光管の内径をＤ（α）、上記放電電極の電極間距
   離をＬ（ｃｌＩＬ）とすると。 ７＜　１１ −５＜３ なる関係を満たすことを特徴とする高圧放電灯装置。 （２）　　発光管を内封した外管を有するものにおいて
   、上記外管と、安定器及び始動電圧発生手段を内蔵し、
   その端面に外方に突出しだ口金を有する安定器ケースと
   を一体に構成したことを特徴とする特許請求の範囲第（
   １１項記載の高圧放電灯装置。 （３）　　外管と安定器ケースとに着脱自在の電気的接
   続部を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第（２）
   項記載の高圧放電灯装置。 （４）　　始動電圧発生手段がグロースタータであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第＋１１項または第（２
   ）項記載の高圧放電灯装置。 （５）始動ピーク電圧が２．５　Ｋ　Ｖ以下であること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１１項乃至第（４）項
   の何れかに記載の高圧放電灯装置。